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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaumbildungshemmerzusammensetzung
für das Verhindern
des Formens von Schaum oder das Aufbrechen von Schaum in flüssigen Fluids.
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Entschäumende Zusammensetzungen
werden seit langer Zeit in der Öl-
und Gasindustrie und auch in anderen Industrien dazu angewendet,
das Formen eines Schaums oder den Einschluß eines Gases in ein flüssiges Fluid
zu verhindern oder einen vorher geformten Schaum zu zerstören. Die
entschäumenden
Zusammensetzungen werden zum Beispiel gewöhnlich als Komponenten in Bohrlochbehandlungsfluids
angewendet, um das Formen von Schaum oder den Einschluß eines
Gases in einen flüssigen
Fluid während
der Aufbereitung oder des Einpumpens des Fluids zu verhindern. Entschäumende Zusammensetzungen
werden außerdem
seit langer Zeit für
das Aufbrechen eines vorher geformten schäumenden flüssigen Fluids angewendet. So
wird zum Beispiel eine entschäumende
Zusammensetzung zu dem Fluid hinzugefügt, wenn ein stabiles aufgeschäumter Bohrlochbehandlungsfluid
an der Erdoberfläche
entsorgt werden muß,
um den Schaum zu zerstören,
wobei die flüssigen
Komponenten des Behandlungsfluids einfach entsorgt werden können.
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Es
werden daher seit jeher viele unterschiedliche entschäumende Zusammensetzungen
angewendet. Beispiele solcher entschäumenden Zusammensetzungen,
welche mit Bohrlochbehandlungsfluids angewendet werden, schliessen
Tributylphosphat und acetylenisches Diol ein, welche aus umweltlicher
Sicht giftig sind. Andere entschäumende
Mittel des aktuellen Standes der Technik, welche oft angewendet
werden, schliessen Propylenglycol und eine Mischung von Propylenglycol
mit einem Copolymer von Ethylenoxid und Propylenoxidmonomern ein.
Obwohl diese Schaumbildungshemmer ausreichend funktionieren, um
das Formen von Schaum in Bohrlochbehandlungsfluids zu verhindern,
wenn dieselben aufbereitet und gepumpt werden, funktionieren sie
dennoch nicht ausreichend gut, um vorher geformte aufgeschäumte Bohrlochbehandlungsfluids aufzubrechen,
und insbesondere vorher geformte aufgeschäumte Bohrlochzementzusammensetzungen.
Es besteht daher weiter ein Bedarf für verbesserte und aus umweltlicher
Sicht sichere Schaumbildungshemmerzusammensetzungen für die Anwendung
in verschiedenen Fluids, einschließlich Bohrlochbehandlungsfluids.
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Wir
haben nun eine nicht giftige, aus umweltlicher Sicht harmlose Schaumbildungshemmerzusammensetzung
entwickelt.
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Gemäß eines
Aspektes bietet die Erfindung eine Schaumbildungshemmerzusammensetzung,
welche Glyceroltristearat umfasst; und eine oder mehrere aliphatische
Kohlenwasserstoffe, wobei der/die genannte(n) aliphatischen Kohlenwasserstoff(e)
aus Olefinen mit einem oder mehreren internen Doppelverbindungen
und 14 bis 18 Kohlenstoffatomen und einem C10-Dimer
mit der folgenden Formel ausgewählt
wird/werden:
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Die
Erfindung bietet außerdem
eine Methode für
das Verhindern des Formens von Schaum oder den Einschluß eines
Gases in einen flüssigen
Fluid, oder für
das Entschäumen
eines aufgeschäumten
flüssigen Fluids,
wobei die Methode das Kombinieren des genannten Fluids mit einer
Schaumbildungshemmerzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst.
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Wie
oben schon erwähnt
werden Schaumbildungshemmerzusammensetzungen zurzeit in einer weiten
Reihe von flüssigen
Fluids angewendet, um ein Aufschäumen
derselben Fluids mit Luft oder einen Einschluß von Luft zu verhindern, wenn
diese gerührt,
gemischt, oder in der Gegenwart von Luft ähnlich behandelt werden. Während der
Behandlung von Bohrlöchern
mit Bohrlochbehandlungsfluids werden dieselben flüssigen Fluids
oft in der Gegenwart von Luft an der Erdoberfläche gemischt oder versetzt,
und dann in das Bohrloch heruntergepumpt. Wenn die Bohrlochbehandlungsfluids
während
des Mischens und Pumpens versehentlich aufgeschäumt werden, kann ein nachteiliges
Resultat auftreten. So werden zum Beispiel während des Komplettierens und
Stimulierens eines Bohrloches oft nicht aufgeschäumte Behandlungsfluids angewendet, welche
in einem aufgeschäumten
Zustand nicht ihren beabsichtigten Zweck erfüllen, oder ein schlechteres
als das gewünschte
Resultat produzieren würden.
So werden zum Beispiel Bohrlochzementzusammensetzungen für das Einzementieren
von Rohren in Bohrlöcher
allgemein mit einer spezifischen Dichte ausgestattet. Wenn die Bohrlochzementzusammensetzung
während
des Mischens oder Pumpens mit Luft aufgeschäumt wird oder anderweitig Luft
in dieselbe eingeschlossen wird, wird die Dichte der resultierenden
Zementzusammensetzung wesentlich niedriger sein als die gewünschte oder
erforderliche Dichte. Auch wird Schaum oder eingeschlossene Luft
den Betrieb von Verdrängerpumpen
stören,
mit welchen Bohrlochbehandlungsfluids gepumpt werden.
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Trotzdem
werden Bohrlochbehandlungsfluids oft an der Erdoberfläche zu einem
stabilen Schaum geformt, um die Dichte des Fluids zu reduzieren,
oder aus anderen Gründen.
Wenn ein stabiler Schaum an der Erdoberfläche entsorgt werden muß ist es
allgemein notwendig, den Schaum aufzubrechen, um die flüssigen Komponenten
wirkungsvoll entsorgen zu können.
Obwohl schon mehrere Schaumbildungshemmerzusammensetzungen entwickelt
und erfolgreich angewendet wurden, haben sich solche Schumbildungshemmerzusammensetzungen
allgemein als entweder aus umweltlicher Sicht giftig erwiesen oder
weniger stabile Resultate als die gewünschten produziert, wenn sie
zum Aufbrechen eines stabilen Schaums angewendet werden. Mit der
vorliegenden Erfindung werden verbesserte Methoden und Schaumbildungshemmerzusammensetzungen
geboten, welche nicht giftig und aus umweltlicher Sicht harmos sind,
und welche auch gleiche oder bessere Entschäumungsresultate produzieren
als die bisher angewendeten Entschäumungsmethoden und Zusammensetzungen.
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Für die Schaumbildungshemmerzusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung besteht der eine oder die mehreren aliphatischen
Kohlenwasserstoff(e) vorzugsweise aus einer Mischung von C16 bis C18 Olefinen
mit internen Doppelverbindungen, oder einer Mischung von C14 bis C16 Olefinen
mit internen Doppelverbindungen, oder einem Dimer mit der oben aufgeführten Formel.
Im allgemeinen liegt das Gewichtsverhältnis des Glycoltristearats
gegenüber
einem oder mehreren aliphatischen Kohlenwasserstoffen innerhalb
des Bereichs von ungefähr
5 : 95 bis ungefähr
10 : 90. Besonders bevorzugt liegt das Gewichtsverhältnis des
Glycoltristearats gegenüber
einem oder mehreren aliphatischen Kohlenwasserstoffen bei ungefähr 8,34
: 91,55.
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Eine
bevorzugte nicht giftige und aus umweltlicher Sicht sichere Schaumbildungshemmerzusammensetzung
der vorliegenden Erfindung besteht aus einer Mischung von Glycoltristearat
und dem C10-Dimer, wobei das Gewichtsverhältnis des
Glycoltristearats gegenüber
des Dimers ungefähr
8,34 : 91,66 beträgt.
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Obwohl
das flüssige
Fluid aus einem beliebigen Fluid bestehen kann, in welchem es wünschenswert ist,
ein Aufschäumen
oder einen Lufteinschluß zu
verhindern, sind die Schaumbildungshemmerzusammensetzungen der vorliegenden
Erfindung auch in Bohrlochbehandlungsfluids, und besonders in Bohrlochzementzusammensetzungen
für das
Verhindern eines Aufschäumens
oder eines Lufteinschlusses während
des Mischens oder Pumpens solcher Fluids sehr nützlich. Die Schaumbildungshemmerzusammensetzung
wird allgemein mit dem flüssigen
Fluid in einer Menge innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,1%
bis ungefähr
0,5% Massenanteil des Fluids kombiniert. Wie oben schon erwähnt kann
die Schaumbildungshemmerzusammensetzung auch für das Entschäumen eines
vorher aufbereiteten, stabilen aufgeschäumten flüssigen Fluids angewendet werden,
so dass die flüssigen
Komponenten des aufgeschäumten
Fluids einfach und sicher entsorgt werden können. Wenn sie als ein Schaumbildungshemmer
angewendet wird, wird die Schaumbildungshemmerzusammensetzung mit
dem aufgeschäumten
flüssigen
Fluid allgemein in einer Menge innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,1%
bis ungefähr
1,0% Massenanteil des flüssigen
Fluids mit dem aufgeschäumten
flüssigen
Fluid kombiniert.
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Der
Fachmann auf diesem Gebiet wird sofort verstehen, dass die Schaumbildungshemmerzusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung mit einer Reihe von unterschiedlichen
Fluids angewendet werden können,
und dass dieselben für
die Anwendung mit Bohrlochbehandlungsfluids besonders gut geeignet
sind. Beispiele von Bohrlochbehandlungsfluids, in welchen die Schaumbildungshemmerzusammensetzungen
angewendet werden können,
um das Formen von Schaum oder den Einschluß von Luft zu verhindern, sind
wässerige
gellierte Fluids und Zementzusammensetzungen. Ein Beispiel eines
vorher aufbereiteten aufgeschäumten
Bohrlochbehandlungsfluids, welches mittels der Schaumbildungshemmerzusammensetzung
der vorliegenden Erfindung wirkungsvoll entschäumt werden kann, ist eine stabile
Zementzusammensetzung, welche mit Luft oder Stickstoff aufgeschäumt wird. Überflüssige vorher
aufbereitete stabile aufgeschäumte
Bohrlochzementzusammensetzungen werden oft in Gruben an der Erdoberfläche gepumpt,
und müssen
dann entsorgt werden. Durch das Kombinieren einer Schaumbildungshemmerzusammensetzung
der vorliegenden Erfindung mit der aufgeschäumten Zementzusammensetzung,
d. h. durch das Sprühen
der Schaumbildungshemmerzusammensetzung auf dieselbe, wird die aufgeschäumte Zementzusammensetzung
schnell und komplett aufgebrochen, wonach deren flüssige Komponenten
dann einfach entsorgt werden können.
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Um
die Schaumbildungshemmerzusammensetzungen und Methoden der vorliegenden
Erfindung eingehender zu illustrieren, möchten wir nun die folgenden
Beispiele aufführen.
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BEISPIEL 1
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Drei
Schaumbildungshemmerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung
wurden vorbereitet. Die erste Schaumbildungshemmerzusammensetzung
(Schaumbildungshemmerzusammensetzung A) bestand aus Glyceroltristearat
und einer Mischung von C16 bis C18 internen Olefinen in einem Gewichtsverhältnis von Glyceroltristearat
zu internen Olefinen von 8,34 : 91,66. Die zweite Zusammensetzung
(Zusammensetzung B) bestand aus Glyceroltristearat und C10-Dimer gemäß der oben aufgeführten Formel
in einem Gewichtsverhältnis
von Glyceroltristearat zu Dimer von 8,34 : 91,66. Die dritte Zusammensetzung
(Zusammensetzung C) bestand aus Glyceroltristearat und einer Mischung
von C14 bis C16 interner
Olefine in einem Gewichtsverhältnis
von Glyceroltristearat zu internen Olefinen von 8,34 : 91,66.
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Testzementzusammensetzungsproben
wurden dann mit fünf
verschiedenen Zementschlammen vorbereitet, welche verschiedene herkömmliche
Additive beinhalteten, d. h. ein Satz von fünf Zementzusammensetzungsproben
ohne ein Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditiv, ein Satz von
fünf Zementzusammensetzungsproben,
welche ein erstes Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditiv nach
dem aktuellen Stand der Technik beinhalteten, ein Satz von fünf Zementzusammensetzungsproben,
welche ein zweites Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditiv nach
dem aktuellen Stand der Technik beinhalteten, und drei Sätze von
je fünf
Zementzusammensetzungsproben, welche die drei Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditive
der vorliegenden Erfindung beinhalteten. Die für das Aufschäumen der
verschiedenen Sätze
von fünf
Zementzusammensetzungsproben ohne das Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditiv
angewendeten Komponenten und Mengen sind in Tabelle I weiter unten
aufgeführt.
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Die
theoretische Designdichte einer jeden der Zementzusammensetzungs-Testproben wurde
zusammen mit der Dichte einer jeden Zementzusammensetzungs-Testprobe bestimmt,
welche kein Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditiv beinhaltete.
Die Dichte einer jeden Zementzusammensetzungs-Testprobe, welche
einen Entschäumer
nach dem aktuellen Stand der Technik beinhaltete, und die Dichte
einer jeden Zementzusammensetzungs-Testprobe, welche eine der drei
Schaumbildungshemmerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung
(Schaumbildungshemmerzusammensetzungen A, B und C) beinhalteten,
wurde dann bestimmt. Die Resultate dieser Tests sind in Tabelle
II aufgeführt.
Die Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditive nach dem aktuellen
Stand der Technik und die Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditive
der vorliegenden Erfindung wurden mit den Zementzusammensetzungs-Testproben
in Mengen von 0,25% Massenanteil des darin enthaltenen Zements kombiniert.
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Aus
Tabelle II ist ersichtlich, dass die Entschäumungseigenschaften der Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditive
der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen den Entschäumungseigenschaften
der Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditive nach dem aktuellen
Stand der Technik gleichen.
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BEISPIEL 2
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Stabile
aufgeschäumte
Zementzusammensetzungs-Testproben wurden aufbereitet und beinhalteten Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditive
nach dem aktuellen Stand der Technik und die Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditive
der vorliegenden Erfindung. Die Zementzusammensetzungs-Testproben
beinhalteten die folgenden Komponenten: Prämiumzement, ein Schaumbildungs-
und Schaumstabilisierungsadditiv, bestehend aus einem ethoxylierten
oberflächenaktiven
Alkoholethersulfat, einem oberflächenaktiven
Alkyl- oder Alkenamidopropylbetain, und einem oberflächenaktiven
Alkyl- oder Alkenamidopropyldimethylaminoxid in einer Menge von
1% Massenanteil des Zements, Wasser in einer Menge von 42% Massenanteil
des Zements, und ein Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditiv
nach dem aktuellen Stand der Technik oder der vorliegenden Erfindung
in einer Menge von 1% des Volumens des aufgeschäumten Schlamms.
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Vor
dem Kombinieren der Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditive
nach dem aktuellen Stand der Technik oder der vorliegenden Erfindung
mit den Zementzusammensetzungsproben verfügte die nicht aufgeschäumte Testzementzusammensetzung über eine
Dichte von 16,2 Pfund pro Gallone, und nach dem Aufschäumen verfügte die
Zusammensetzung über
eine Dichte von 10,0 Pfund pro Gallone. Die Dichte einer jeden Zementzusammensetzungs-Testprobe
wurde bestimmt und die Resultate sind unten aufgeführt.
Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditiv | Zementzusammensetzungen
Probendichte, Pfund/Gallone |
Stand
der Technik | 11,6 |
Stand
der Technik | 10,4 |
Vorliegende
Erfindung, Zusammensetzung A | 15,3 |
Vorliegende
Erfindung, Zusammensetzung B | 15,27 |
Vorliegende
Erfindung, Zusammensetzung C | 15,32 |
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Aus
der oben aufgeführten
Tabelle ist ersichtlich, dass die Schaumbildungshemmerzusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung während
des Entschäumens
stabiler aufgeschäumter
Fluids besonders wirkungsvoll sind.
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BEISPIEL 3
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Zementzusammensetzungs-Testproben
wurden vorbereitet und bestanden aus Prämiumzement, den drei Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditiven
der vorliegenden Erfindung (Schaumbildungshemmerzusammensetzungen
A, B und C) in einer Menge von 0,27% Massenanteil des Zements, und
Wasser in einer Menge von 47% Massenanteil des Zements. Drei verschiedene
Flüssigkeitsverlustadditive
wurden mit den Testportionen der Zementzusammensetzungs-Testproben
kombiniert, und der Flüssigkeitsverlust
für jede Testportion
wurde gemäß des in
der API Specification For Materials And Testing For Well Cement,
API-Spezifikation 10, Ausgabe 5 vom 1. Juli 1990 des American Petroleum
Institute aufgeführten
Verfahrens bestimmt. Die Zementzusammensetzungs-Testproben verfügten über eine
Dichte von 15,6 Pfund pro Gallone. Die Resultate dieser Tests sind
in Tabelle III weiter unten aufgeführt.
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TABELLE
III
EFFEKT VON SCHAUMBILDUNGSHEMMERZUSAMMENSETZUNGSADDITIV
AUF FLÜSSIGKEITSVERLUST
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Aus
den Resultaten der Tabelle III ist deutlich ersichtlich, dass die
Gegenwart der Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditive der vorliegenden
Erfindung den Flüssigkeitsverlust
der Testzementschlammportionen nicht wesentlich beeinflußten.
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BEISPIEL 4
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Zementzusammensetzungs-Testproben
wurden vorbereitet und bestanden aus Prämiumzement, Wasser in einer
Menge von 41,68% Massenanteil des Zements, Kalziumchlorid in einer
Menge von 2% Massenanteil des Zements, und einem Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditiv
nach dem aktuellen Stand der Technik und den Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditiven
der vorliegenden Erfindung in Mengen von 0,27% Massenanteil des
Zements. Die Zementzusammensetzungs-Testproben verfügten über eine
Dichte von 16,12 Pfund pro Gallone. Die Verdickungszeiten der Zementzusammensetzungs-Testproben wurden
dann gemäß der oben
schon erwähnten
Verfahren der API-Spezifikation 10 bestimmt. Die Resultate dieser
Tests sind in Tabelle IV weiter unten aufgeführt.
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TABELLE
IV
EFFEKT VON SCHAUMBILDUNGSHEMMERZUSAMMENSETZUNGADDITIV AUF
VERDICKUNGSZEIT
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Aus
den Resultaten der Tabelle IV ist ersichtlich, dass die Gegenwart
der Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditive der vorliegenden
Erfindung wenig Effekt auf die Verdickungszeiten der Zementzusammensetzungen
hatten.
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BEISPIEL 5
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Eine
Testzementzusammensetzung wurde vorbereitet und bestand aus Prämiumzement,
Wasser in einer Menge von 47% Massenanteil des Zements, und der
Schaumbildungshemmerzusammensetzung A der vorliegenden Erfindung
in einer Menge von 0,27% Massenanteil des Zements. Die Zementzusammensetzung verfügte über eine
Dichte von 15,6 Pfund pro Gallone. Für das Testen von Proben der
Testzementzusammensetzung wurden drei verschiedene Flüssigkeitsverlustkontrolladditive
in den in Tabelle V weiter unten aufgeführten Mengen hinzugefügt. Die
Rheologien einer jeden der Testzusammensetzungsproben wurden dann
bei Temperaturen von 80°F
und 125°F
bestimmt. Die Resultate dieser Tests sind in Tabelle V weiter unten
aufgeführt.
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TABELLE
V
EFFEKT VON SCHAUMBILDUNGSHEMMERZUSAMMENSETZUNGSADDITTV AUF
RHEOLOGIE
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Aus
Tabelle V ist ersichtlich, dass das Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditiv
der vorliegenden Erfindung die Rheologie nicht wesentlich beeinflußt.
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BEISPIEL 6
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Eine
Testzementzusammensetzung wurde vorbereitet und bestand aus Prämiumzement
und Wasser in einer Menge von 47% Massenanteil des Zements, und
verfügte über eine
Dichte von 15,6 Pfund pro Gallone. Drei verschiedene Flüssigkeitsverlustkontrolladditive
wurden zu den Testportionen der Zementzusammensetzung sowohl mit
wie auch ohne die Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditive der
vorliegenden Erfindung hinzugefügt.
Die verschiedenen Zementzusammensetzungs-Testportionen wurden dann
bezüglich ihrer
Druckfestigkeit bei 160°F
nach einer Verfestigungszeit von 24 Stunden und 48 Stunden gemäß der in
der oben erwähnten
API-Spezifikation 10 aufgeführten
Verfahren getestet. Die Resultate dieser Tests sind in Tabelle VI
weiter unten aufgeführt.
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TABELLE
VI
EFFEKT VON SCHAUMBILDUNGSHEMMERZUSAMMENSETZUNGSADDITIV AUF
DRUCKFESTIGKEIT
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Aus
Tabelle VI ist deutlich ersichtlich, dass die Schaumbildungshemmerzusammensetzungsadditive der
vorliegenden Erfindung wenig Auswirkung auf die Druckfestigkeit
haben.
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BEISPIEL 7
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Die
Schaumbildungshemmerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung
wurden einem Bioprüftest
ausgesetzt. Die Resultate der Tests werden in Tabelle VII weiter
unten aufgeführt.
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Aus
Tabelle VII ist ersichtlich, dass der Testorganismus der Garnele
A.bahia nach Bioprüftesten
mit den Schaumbildungshemmerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung
nicht geschädigt
wurde. Die 96-Stunden-Testresultate für A.bahia Garnele lagen alle über 30.000,
was andeutet, dass die Schaumbildungshemmerzusammensetzungen nicht
giftig sind.